Презентация Технология нанесения наноструктурных покрытий ионно-плазменным методом
Подождите немного. Документ загружается.
Технология
нанесения
наноструктурных
покрытий
ионно
-
плазменным
методом
В
.
Н
.
Пашенцев
МИФИ
Внедрение
нанотехнологии
в
производство
эффективное
внедрение
научных
знаний
в
производство
новых
материалов
для
улучшения
характеристик
рабочих
поверхностей
деталей
и
узлов
;
высокая
эффективность
отдачи
вложенных
средств
;
долгосрочные
перспективы
внедрения
наноматериалов
в
производство
;
широкий
спектр
применения
нанотехнологии
в
науке
и
технике
–
от
конструкционных
материалов
до
биотехнологий
.
Свойства
защитных
покрытий
Упрочняющие
TiBN
,
TiSiN
,
TiAlN
,
CrN
Антикоррозионные
TiBN
,
TiAlN
,
TiSiN
,
CrN
,
AlN
, Al,
нержавеющая
сталь
Антифрикционные
(
твердосмазочные
покрытия
)
WS
2
,
WSe
, BN, Si
3
N
4
, DLC
WC/C,
WSe/TiC
, WS
2
/WC
(
многослойные
)
Наноматериалы
К
наноматериалам
от
носятся
материалы
с
размером
кристалла
менее
100
нм
.
Нижний
предел
–
размер
атома
.
У
материалов
с
размером
кристаллов
в
десятки
нанометров
появляются
новые
улучшенные
характеристики
.
Шкала
размеров
Размер
атома
0,1
нм
Размер
молекулы
воды
1
нм
Размер
нанокристаллов
,
размер
белковых
молекул
10
нм
Размер
вируса
100
нм
Размер
элементов
микроэлектронных
схем
1
мкм
Размер
объекта
Характерный
размер
Отличия
наноструктурных
материалов
от
микроструктурных
1.
Изменяются
свойства
самого
кристалла
.
2.
На
свойства
материала
влияет
структурное
состояние
границ
раздела
нанокристаллов
внутри
материала
.
Граница
раздела
Разветвленная
граница
зерен
является
барьером
для
распространения
дислокаций
.
Нанокристаллы
1.
Большая
часть
атомов
находится
на
поверхности
,
а
не
внутри
зерна
.
Внутри
кристалла
отсутствуют
дислокации
и
внутренние
напряжения
.
2.
Проявляются
квантовое
взаимодействие
между
нанокристаллами
,
так
как
расстояние
между
ними
соответствует
размеру
нескольких
монослоев
.
Нанокомпозиты
Нанокомпозит
–
аморфная
матрица
с
нанокристаллическим
заполнением
.
Размер
нанокристалла
3
-
10
нм
,
ширина
аморфного
слоя
1
-
3
нм
.
1
–
нанокристалл
, 2
–
аморфный
слой
между
нанокристаллами
.
Сверхтвердые
материалы
:
nc
-
TiN
/ a
-
Si
3
N
4
,
nc
-
TiN
/ a
-
BN,
nc
-
TiAlN
/ a
-
Si
3
N
4
,
nc
-
WC / a
-
Si
3
N
4
.
Высокая
твердость
связана
с
тем
,
что
:
зарождение
и
скольжение
дислокаций
в
нанозернах
затруднено
,
прочность
межзеренной
фазы
(
BN, a
-
Si
3
N
4
)
блокирует
скольжение
нанозерен
на
границах
зерен
.
Методы
получения
наноструктурных
покрытий
Необходимо
ограничить
рост
кристалла
в
процессе
роста
пленки
добавление
в
состав
покрытий
небольшого
количества
(5
-
10%)
элементов
(
Cu
,
Al
, C,
Si
,
BN
),
ограничивающих
рост
зерен
и
стимулирование
зарождение
новых
зерен
в
процессе
нанесения
покрытия
;
получение
многослойных
покрытий
с
различным
химическим
составом
слоев
,
у
которых
толщина
слоев
составляет
единицы
–
десятки
нанометров
;
рост
однослойной
пленки
в
условиях
бомбардировки
ее
поверхности
ионами
с
относительно
высокой
энергией
(30
-
1000
эВ
),
которые
могут
извлекаться
непосредственно
из
плазмы
газового
разряда
.
Ионы
передают
энергию
атомам
растущей
пленки
,
увеличивая
их
подвижность
для
более
эффективного
протекания
диффузионных
процессов
.
Кроме
того
,
ионная
бомбардировка
создает
множество
дефектов
в
покрытии
.
Способы
получения
покрытий
1.
Катод
плазменного
источника
содержит
легирующие
добавки
(
Si
,
BN
,
С
,
Cu
,
Ni,
Al
).
Эти
нерастворимые
добавки
выносятся
на
поверхность
зарождающегося
кристалла
,
ограничивая
его
рост
на
нано
уровне
.
2.
Многослойные
покрытия
получают
при
неподвижном
положении
двух
и
более
плазменных
источников
и
вращающейся
подложке
.
3.
Ионная
бомбардировка
осуществляется
плазменными
ионами
путем
подачи
отрицательного
смещения
на
подложку
.
катод
1
катод
2
вращающаяся
подложка
-
U
смещения
плазма
Виды
покрытий
Градиентные
3
Многослойные
2
Однослойные
1
TiSiN
WC/C
MoS
2
TiAlSiN
TiAlN
TiN
TiAlN
TiSiN
TiBN
Технология
получения
наноструктурных
покрытий
Методы
осаждения
покрытий
CVD (
chemical
vapor
deposition
)
–
метод
химического
осаждения
пленок
из
газовой
фазы
при
высокой
температуре
процесса
.
PVD (
physical
vapor
deposition
)
–
метод
физического
осаждения
пленок
из
паров
материалов
или
плазмы
.
1.
Термический
2.
Ионно
-
плазменный
:
распыление
катода
,
вакуумно
-
дуговое
испарение
,
распыление
материала
ионным
пучком
.
При
термическом
осаждении
тепловая
энергия
атомов
–
0,3
эВ
.
При
ионно
-
плазменном
энергия
атомов
составляет
3
-
5
эВ
(
лучшая
адгезия
пленки
к
подложке
и
более
высокая
плотность
пленки
).